Giải trình tự gen thế hệ mới (Next Generation Sequencing – NGS) là một nghành phát triển mau lẹ trong sinh học phân tử và technology sinh học. Công nghệ này đã bí quyết mạng hóa cách chúng ta nghiên cứu giúp về bộ gene (genome), hệ phiên mã (transcriptomes) với ngành epigenomes. NGS là kỹ thuật thông lượng cao (high-throughput technology) cho phép giải trình tự đồng thời hàng triệu đoạn DNA trong một lần chạy. Trong nội dung bài viết này, shop chúng tôi sẽ cung ứng cái nhìn tổng quan về công nghệ NGS.
Bạn đang xem: Thư viện dna la gì
Giải trình từ gen thế hệ mới NGS là gì?
NGS là một công nghệ giải trình từ bỏ DNA chất nhận được giải trình tự đồng thời hàng triệu đoạn DNA trong một đợt chạy. Nghệ thuật này giúp tăng xứng đáng kể vận tốc và độ đúng đắn việc giải trình trường đoản cú DNA. NGS dựa trên nguyên tắc giải trình tự song song (parallel sequencing), trong số ấy hàng triệu đoạn DNA được giải trình từ đồng thời. Cách tiếp cận này, NGS hỗ trợ một dữ liệu lớn với độ sắc nét cao cho phép nghiên cứu, so sánh những cỗ gen và hệ phiên mã phức tạp. Rất khác như phương thức giải trình tự truyền thống lịch sử như giải trình tự Sanger, NGS cho kết quả nhanh với tiết kiệm ngân sách hơn; ví dụ như NGS hoàn toàn có thể giải trình tự toàn thể genome vào vài ngày, thay do mất vài tháng hoặc thậm chí nhiều năm so với phương pháp truyền thống.
Quy trình tiến hành giải trình từ gen thế hệ mới NGS
Quy trình triển khai kỹ thuật NGS bao gồm các cách cơ bản sau:
Tách chiết mẫu dịch phẩm: NGS rất có thể thực hiện nay trên bất kỳ nền mẫu DNA hoặc RNA (ví dụ: mẫu mã nuôi ghép tế bào, tế bào đông lạnh, tế bào xử lý bằng formalin-paraffin (FFPE), máu, nước bong bóng và mẫu mã xương,…). Chuẩn bị thư viện: các đoạn DNA được nhân bản và phân mảnh thành những mảnh nhỏ tuổi hơn (small fragment). Gần như mảnh bé dại hơn này kế tiếp được lắp với những adapters đặc hiệu cùng được nhân phiên bản để sinh sản thư viện DNA (DNA libraries). Những thư viện này kế tiếp được giải trình trường đoản cú bằng phương thức giải trình từ bỏ gen thế kỷ mới NGS.Giải trình tự: hệ thống sẽ đọc/giải trình tự các đoạn ngắn, tiếp đến được đối chiếu theo cỗ gen hoặc hệ phiên mã tham chiếu.Phân tích dữ liệu: tài liệu được phân tích bằng công thay tin sinh học để mang ra tin tức hữu ích như vươn lên là thể di truyền, nút độ bộc lộ gen và sửa đổi ngoại gene (epigenetic).
Nền tảng giải trình tự gen thế kỷ mới NGS
Trên thị trường hiện nay, mỗi nền tảng giải trình từ bỏ gen thế hệ mới có những ưu điểm và hạn chế riêng. Những nền tảng NGS được sử dụng thông dụng nhất như: Illumina, Ion Torrent và Pacific Bioscatics. Illumina là căn nguyên được sử dụng rộng rãi nhất, cung cấp chiến thuật giải trình từ bỏ với thông lượng cao, giá thành thấp cho nhiều vận dụng khác nhau. Ion Torrent là 1 trong những nền tảng thực hiện chip phân phối dẫn đếm proton (ion H+) khẳng định trình tự nucleotide vào DNA trải qua việc phát hiện tín hiệu điện vày ion H+ được giải tỏa ra trong quy trình tổng thích hợp DNA bằng những máy đo p
H siêu nhỏ gắn vào chip chạm màn hình bán dẫn và quan trọng thích hợp đến việc nghiên cứu và phân tích các bộ gen nhỏ hơn. Pacific Biosciences hỗ trợ trình tự đọc dài, rất hữu dụng cho việc phân tích các vùng gen phức tạp, chẳng hạn như các biến thể tái diễn và những biến thể cấu trúc.
Ứng dụng giải trình từ bỏ gen thế kỷ mới NGS
Giải trình từ gen thế kỷ mới NGS được ứng dụng trong các nghành nghề như: dt học, cỗ gen (genomics) cùng y học tập cá nhân. Ví dụ, NGS có thể được thực hiện để nghiên cứu các biến đổi thể di truyền, ví dụ như đa hình đối chọi nucleotide (single-nucleotide polymorphism, SNP) và thay đổi thể số lượng phiên bản sao (copy number variations – CNVs).
NGS sử dụng để nghiên cứu và phân tích mức độ biểu thị gen và sửa đổi ngoại gen, ví như methyl hóa DNA và sửa đổi histone. NGS cũng có lợi cho việc nghiên cứu hệ vi sinh đồ vật của con người và xác minh các cộng đồng vi sinh vật. Quanh đó ra, NGS được áp dụng trong việc cách tân và phát triển các vẻ ngoài chẩn đoán và khám chữa mới, chẳng hạn như dấu ấn sinh học ung thư cùng y học cá nhân.
Xem thêm: Opac Thư Viện Quốc Hội Mỹ - Thư Viện Quốc Hội Việt Nam
Tóm lại, giải trình từ gen thế kỷ mới NGS là một trong công cụ khỏe khoắn để giải trình trường đoản cú DNA đã giải pháp mạng hóa trong nghành nghề dịch vụ sinh học tập phân tử và bộ gen. Technology này hỗ trợ một loạt những ứng dụng và có công dụng tác động đáng kể đến sự gọi biết của họ về những bệnh phức tạp và sự cách tân và phát triển của những công thế chẩn đoán và điều trị mới.
Công nghệ giải trình tự thế hệ mới (Next geneeration Sequencing – NGS) đã có mặt và trở nên tân tiến từ 10 năm nay. Với ưu vắt có chi phí rất thấp và thời hạn đọc nhanh, các technology NGS được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ nghiên cứu cơ bạn dạng cho đến các nghiên cứu về chẩn đoán lâm sàng, hệ gen học trong nông nghiệp trồng trọt và kỹ thuật hình sự… vào khuôn khổ bài bác viết, cửa hàng chúng tôi đưa ra tầm nhìn tổng quan liêu về những hướng áp dụng của technology NGS và đàm đạo về rất nhiều ưu, nhược điểm của mỗi công nghệ.
Vào trong những năm 1970, phương thức giải trình từ bỏ DNA bởi chuỗi tổng thích hợp hoặc kỹ thuật bóc các đoạn DNA sẽ được Sanger và cộng sự phát minh. Phương thức này dễ dàng tự động hóa, ko dùng các chất độc hại nên được sử dụng phổ cập cho giải trình từ bỏ DNA từ những năm 1980 mang đến đến nay. Trình tự cỗ gene người thứ nhất đã được giải mã bằng phương pháp Sanger vào năm 2004 với sự hợp tác của 15 quốc gia vị Mỹ đứng đầu, đã tiêu tốn rất nhiều thời gian và mối cung cấp lực. Câu hỏi được đặt ra là, làm thế nào để có thể rút ngắn thời gian và giảm bỏ ra phí giải trình tự toàn bộ hệ gene. Với nguyên nhân này, Viện nghiên cứu và phân tích hệ gene người giang sơn (NHGRI – Hoa Kỳ) vẫn khởi hễ chương trình đầu tư với kim chỉ nam làm giảm ngân sách chi tiêu giải mã hệ gene fan xuống 1.000 USD vào 10 năm. Đây là hễ lực liên hệ sự cải cách và phát triển và thương mại hóa các công nghệ NGS. Các phương thức giải trình tự này còn có 3 quánh điểm cải tiến chính: phụ thuộc thư viện NGS nhưng không buộc phải nhân dòng những đoạn DNA, sản phẩm ngàn tính đến hàng triệu phản ứng giải trình trường đoản cú được thực hiện cùng lúc, công dụng giải trình tự được xác định trực tiếp ko cần thông qua điện di. Dưới đây là tóm tắt một số công nghệ NGS đang được ứng dụng thoáng rộng hiện nay.
Một số công nghệ NGS
Công nghệ giải trình tự pyrosequencing 454Pyrosequencing 454 bởi vì 2 nhà khoa học Nyren và Ronaghi của Viện nghệ thuật Stockholm (Thụy Điển) phát minh, và được phát triển bởi công ty 454 Life Science, là một khối hệ thống giải trình trường đoản cú DNA 2 bước bao gồm độ tương đương cao với dung lượng lớn hơn không hề ít so với hệ thống giải trình từ bỏ Sanger. Nghệ thuật này dựa trên nguyên tắc “giải trình tự bởi tổng hợp” gồm những: khởi hễ một tua DNA đã có giải trình tự với giải trình tự sợi bổ sung bằng phản ứng của enzyme. Đây là hệ thống hoàn toàn có thể khuếch đại một vài lượng lớn những đoạn DNA trong các giếng picotiter. Nguyên lý “giải trình tự bằng câu hỏi tổng hợp” cũng dựa trên việc nhận ra các pyrophosphate (PPi) được giải phóng trong quá trình gắn nucleotide, tạo thành một biểu thị ánh sáng, tác dụng hơn kỹ thuật hoàn thành chuỗi bởi dideoxynucleotide.
2. Giải trình tự ARN (ARN-seq)
Các bản phiên mã của sinh đồ dùng nhân chuẩn rất tinh vi và nhiều gene tạo thành các bạn dạng đối mã. Trên đại lý các technology NGS, nhiều tiến trình đặc hiệu mang đến ARN-seq đã có được phát triển, quy trình đầu tiên xuất hiện tại năm 2008. Những quy trình này được cho phép xác định các bản đối mã điều hòa rất có thể đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong các tính năng sinh học. So sánh các phiên bản phiên mã hiện thời cũng hoàn toàn có thể thực hiện tại được ở tại mức độ những tế bào đơn nhất dựa bên trên các phương pháp chuẩn bị mẫu mã đã được cải tiến. Phân tích toàn bộ các phiên bản phiên mã của các tế bào cá biệt đã cho thấy thêm có thể có những bản phiên mã không trọn vẹn giống nhau giữa những tế bào tương tự nhau. Một cách thức mới được chào làng năm 2014 có tên là giải trình trường đoản cú ARN huỳnh quang tại khu vực (FISSEQ), rất có thể nghiên cứu vớt về toàn bộ các bạn dạng phiên mã của các tế bào 1-1 lẻ, đồng thời khẳng định được vị trí đúng mực của mỗi bản phiên mã vào tế bào.
Hạn chế của phương pháp ARN-seq truyền thống cuội nguồn là việc khẳng định mức độ bình ổn của ARN không đề đạt được vận động phiên mã hoặc tốc độ sinh tổng thích hợp protein. Vài năm trước đây, cách thức NET-seq thành lập giúp họ nhìn được các bạn dạng phiên mã ở độ sắc nét từng nucleotide trải qua giải trình tự đặc hiệu từng bản sao new được tạo thành nên. Cách thức này dựa trên kết tủa miễn kháng của ARN polymerase kết phù hợp với giải trình từ bỏ đầu 3’ của những ARNs new tổng hòa hợp được đồng kết tủa. NET-seq là phương pháp thay vắt cho ARNP Ch
IP-seq với độ sắc nét cao hơn và giữ lại thông tin về mạch ARN.
Một phương thức khác là ribo-seq sẽ được sử dụng để xác định bản đồ dịch mã ribosome bên trên ARN thông tin, phương thức này phối kết hợp giữa dấu vết của nuclease với giải trình tự 28-30 nucleotide vào vùng được bảo vệ với ribosome của bản phiên mã. Kỹ thuật này được áp dụng trong các phân tích về ổn định dịch mã của ren <60> và phép tắc sinh tổng hòa hợp protein.
Nhìn chung, sự lộ diện của NGS đã được cho phép các nhà khoa học nghiên cứu và phân tích về các khối hệ thống sinh học ở tầm mức độ không từng đã đạt được từ trước tới nay. Cùng với sự cải cách và phát triển của công nghệ, những phương thức chuẩn bị mẫu và cách thức phân tích tài liệu cũng được tăng tốc mạnh mẽ. Bởi vì đó, NGS đang trở thành technology chủ chốt trong phân tích cơ phiên bản và nhanh lẹ trở thành công xuất sắc cụ đến mọi phân tích về di truyền học và các nghiên cứu tương quan khác. Với sự phát triển mạnh về công nghệ, trong số những năm cho tới đây, sẽ sở hữu hàng triệu bộ gene bạn được giải mã, tạo thành bộ dữ liệu gene khổng lồ so với phần lớn gì đang có. Bởi vậy, vụ việc đạo đức nên được quan trọng đặc biệt quan tâm, đồng thời đề nghị đưa ra những phương thức hiệu trái trong việc tàng trữ và phân tích dữ liệu khi vận tốc dữ liệu được tạo thành ngày càng lớn.
